EDA技術在數字電子技術課程設計的應用范文
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摘要：文章主要以FPGA技術在數字電子鐘的設計為例，介紹了eda軟件在電子電路設計中的應用。
關鍵詞：Quartusii；嵌入式；電子產品設計；數字電子鐘
目前高校電子類專業的學生存在以下問題［1］：①理論課堂教學只是對一些脫離實際的電路模型進行各種分析方法的傳授，學生學習主動性不高，理論知識掌握不扎實；②學校開設的專周課程設計實訓所需的實驗耗材購買數量有限，不能做到讓每個學生都無限制的更換元器件；③學生動手能力不足，電子線路調試經驗不足，遇到問題思考不全面，不能解決實際電子線路問題。在課程安排的配套實驗課程，因為實驗儀器有限，不能做到讓每個學生獨立操作，實驗過程被動參與，實際效果很不理想，動手能力得不到提高。針對以上問題，學生在課程設計中，如果仍然采用傳統的課程設計方式，就會出現開發周期長、耗時費力的現象。若在課程設計的環節中引入EDA技術，通過計算機強大的輔助設計和計算能力，學生可以方便地編寫符合電路功能的語句。在配套的測試平臺中反復下載調試直至電路功能測試成功后再進行下載固化，這樣既提高了電路設計的效率和準確率，又降低了元器件材料的損耗和減小產品體積，有利于提升學生的創新能力、計算機編程和應用能力。EDA即電子設計自動化，英文全稱ElectronicDesignAutomation，它是以計算機為工具，在EDA軟件平臺上，對以硬件描述語言HDL（HardwareDescriptionIan）為系統邏輯描述手段完成的設計文件，自動完成邏輯編譯、化簡、綜合、優化、仿真、直至下載到可編程邏輯器件或專用集成電路ASIC芯片中，實現既定的電子電路設計功能。下面以簡單的數字電子鐘的設計為例，闡述EDA技術在數字電子技術課程設計中的應用［2，3］。
1簡單數字電子鐘的設計
1．1設計任務數字電子鐘基本要求如下：①時間以12h為計時周期；②通過數碼管顯示時、分、秒。
1．2設計步驟①明確設計的目標———功能和指標；②運用VerilogHDL語言編寫系統底層電路；③運用原理圖設計系統層電路；④系統仿真和程序下載。
2數字電子鐘的主要功能電路設計
2．1秒、分計時電路和時計時電路計時電路是整個電路設計的核心部分，它的正確與否關系到后面是否正常顯示及其他電路的正常運行。秒計數電路和分計數電路都是采用的具有異步復位功能的8421BCD碼的六十進制的同步計數器，編寫代碼一致，程序名稱分別對應的cnt60S和cnt60M。生成的模塊圖如圖1所示。小時計數電路同樣也是采用的具有異步復位功能的8421碼的十二進制的同步計數器。程序名稱是cnt12H。
2．2譯碼驅動和時鐘顯示電路顯示模塊采用6個共陽數碼管實現，它們分別實現顯示數字鐘的時、分、秒。這部分電路編程時主要根據所采用的數碼管是共陰還是共陽來編寫相應的驅動電路。數碼管采用的是共陽接法，把公共端3和8引腳連接到對應的共陽端（電源＋5V）。共陽接法的數碼管如果顯示一個數值，相應的發光二極管陰極為低電平，例如要顯示數字5，則譯碼器輸出的電平信息是0100100對應共陽數碼管的a～g段。編寫完譯碼驅動電路程序代碼，程序名是Decoder47。
2．3總體功能設計在QuartusII［4］平臺中整體電路設計采用層次化設計，主要電路功能包括：秒脈沖輸出、時、分、秒計時和譯碼顯示。電路整體框圖如圖4所示。圖中包括各個底層文件的模塊示意圖，體現了底層模塊的輸入和輸出接口，用導線和總線按照信號的連接關系連接，簡單功能的數字鐘電路就完成了。
2．4整體電路仿真結果整體電路設計完成后，在modelsim軟件中仿真。仿真結果顯示：基本完成數字鐘的設計功能。
3總結
數字電子技術課程設計是繼《數字電子技術》課程之后的一門重要實踐教學環節，把EDA技術應用到課程實踐環節中，可以使學生靈活自主的設計電路，不用擔心元器件和儀器的損壞，不用受到時間的限制，而且在EDA配套的軟件平臺中可以隨時進行功能仿真，檢驗編寫的代碼是否能實現預定的電路功能，更改語句就可以更改電路功能的效果，比傳統的電路設計更方便快捷。在課程設計中引入EDA技術，還可以激發學生積極、主動地參與教學過程，有利于培養學生的創新精神和提高他們的創造能力，可以大幅度提高教學質量［5］。
［參考文獻］
［1］李媛．Multisim仿真軟件在電子類課程教學改革中的應用與實踐［J］．商丘師范學院學報，2017，（3）：100～102．
［2］張強．基于FPGA的多功能數字鐘的設計與實現［J］．儀器儀表用戶，2008，15（6）：103～104．
［3］孟慶海，張洲．可編程邏輯器件［M］．西安：西安交通大學出版社，2008．
［4］鄭燕，赫建國，黨劍華．基于VHDL語言與QuartusⅡ軟件的可編程邏輯器件應用與開發［M］．北京：國防工業出版社，2007．
［5］黃建清，李婉萍，王立輝．Multisim在模擬電子技術課程設計中的應用［J］．教育現代化，2017，（14）168～170
作者：呂念芝 單位：福州理工學院工學院